CN205347636U - 一种气辅式纳米纤维传输装置 - Google Patents

Abstract

一种气辅式纳米纤维传输装置，涉及纺丝装置。设有机架、导轨、挡板、电源、射流装置、供气装置、收集装置；机架设上下板，内部形成气流传输通道；导轨固定在机架内腔底部，导轨两侧挡板置于导轨上，射流装置设有注射器、液体导管、分流器和纤维喷头；液体导管将注射器与分流器相连接，纤维喷头固定在分流器上；供给装置设有鼓风机、气体导管和扩流器；扩流器安装在机架进气口上与鼓风机连接；收集装置设有收集基带、收集板、电机和2个滚筒；电机输出轴与2个滚筒中的其中1个滚筒连接，收集基带缠绕于2个滚筒上，收集基带位于纤维喷头下方，收集板设于收集基带下方且接地；电源正极施加于分流器，通过分流器作用于纤维喷头，电源负极接地。

Description

一种气辅式纳米纤维传输装置

技术领域

本实用新型涉及纺丝装置，特别是涉及一种气辅式纳米纤维传输装置。

背景技术

随着近10年来纳米技术应用的日益广泛,对纳米纤维的需求与日俱增,大批量制备纳米纤维已经成为众多研究者的研究重点。静电纺丝技术是一种快速、稳定制备纳米纤维的技术，吸引了众多研究者,成为纳米科技领域的一大亮点。随着近年来对静电纺丝技术的深入研究,聚合物纳米纤维的应用已经从最初的增强复合材料发展到生物领域、光学及电子等更多的领域。值得关注的是大多数的静电纺纳米纤维的应用都没有达到工业生产水平,仅仅停留在实验室研究和发展阶段。促进静电纺丝装置设计制造及多样排列形式的纤维制备能力的提高，有利于实现纳米纤维工业化的应用。目前已有的获取规则排列纳米纤维的方法主要有以四种：

1.高速旋转滚筒收集器，喷头往复式向下喷射纳米纤维，纤维落入高速旋转的滚筒上，由此得到的纳米纤维线性度不高，高速旋转对滚筒的稳定性要求也较高。

2.带绝缘图案的接地导电极板收集，喷头螺旋式向下喷射纳米纤维，纤维自由下落，通过狭窄间隙的接地导电极板，由此获得线性排列的纳米纤维，但产量受极板间隙宽度制约，很难大批量生产。

3.带尖沿的导电圆盘收集，其缺点同样在于产出的纳米纤维宽度受圆盘厚度限制，产量不大。

4.导电模板法，以带有规则图案(如铁丝网)的导电收集板收集纳米纤维,收集到的纳米纤维具有与收集板类似的图案其不足在于规则排列的纤维的厚度有限。

发明内容

本实用新型的目的是提供可克服现有批量生产规则排列纳米纤维技术存在的产量小，纤维排列线性度不高，纤维直径过大等缺点的一种气辅式纳米纤维传输装置。

本实用新型设有机架、导轨、挡板、电源、射流装置、供气装置、收集装置；

所述机架由上板和下板组成，内部形成气流传输通道；导轨固定在机架内腔底部，导轨两侧挡板置于导轨上并封闭机架，两侧挡板沿导轨移动以调节两侧挡板的间距；射流装置设有注射器、液体导管、分流器和纤维喷头；液体导管将注射器与分流器相连接，纤维喷头固定在分流器上；供给装置设有鼓风机、气体导管和扩流器；扩流器安装在机架进气口上并通过气体导管与鼓风机连接；收集装置设有收集基带、收集板、电机和2个滚筒；电机输出轴与2个滚筒中的其中1个滚筒连接，收集基带缠绕于2个滚筒上，收集基带位于纤维喷头下方，收集板设于收集基带下方且接地；电源的正极施加于分流器，通过分流器作用于纤维喷头，电源的负极接地。

所述机架可由上板和下板组成，上板为金属板，加可调正电压，下板为绝缘板，接地。

所述挡板可以沿导轨移动，用于调节所获纤维无纺布的宽度，并与上板和下板一同形成密封腔结构，同时两侧壁面内部覆盖有绝缘材料。

所述气流传输通道为楔形渐缩结构。

所述收集基带和滚筒构成连续传送机构，包括但不限于卷到卷机构。

所述鼓风机可通过控制器改变转速，用于提供速度可变的气流。

所述电源的电压可为10～50kV。

本实用新型的工作原理如下：

当批量制造线性排列的纳米纤维时，开启鼓风机，在进气管、密封腔、出气管通道形成稳定气流，然后打开喷头并对分流器加高压从而产生射流。由于气体对射流的冲击及使得纤维方向统一，而气流本身对纤维的拉伸作用以及对溶液蒸发的促进作用使得纤维细化。由于气流传输通道的楔形渐缩结构，迫使气流加速，对收集基带的冲击加大，使得纤维的吸附量增加。由于纤维向下表面运动，使得纤维尽可能多的吸附在收集基带上。由于绝缘材料的电荷约束，在纺丝过程中产生感应电荷，约束纤维与气流流向垂直方向的鞭动，且约束能力与出气管上表面所加正电压大小正相关。最后通过滚筒的传动作用，通过对滚筒转速的调节，可获得疏密程度不同的纳米纤维面。从而实现线性排列的纳米纤维的连续生产。通过改变气流速度，供液速度、电场强度、挡板间距、滚筒转速等参数，可获得不同质量和产量的纳米纤维。

与现有技术比较，本实用新型具有以下突出特点：

通过改变气流速度、供液速度、电场强度、挡板间距、滚筒转速等参数，可大批量生产满足不同要求的规则排列的纳米纤维。气体对射流的冲击、气流传输通道的楔形渐缩结构，迫使气流加速，对收集基带的冲击加大，使得纤维的吸附量增加，有效解决了纳米纤维直径过大的缺点。上板所加正电压的引导、绝缘材料产生的感应电荷对纤维的约束，保证纤维排列的规则程度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

参见图1，本实用新型实施例设有机架、导轨、挡板1、电源12、射流装置、供气装置、收集装置；所述机架由上板3和下板4组成，内部形成气流传输通道；导轨2固定在机架内腔底部，导轨2两侧挡板1置于导轨上并封闭机架，两侧挡板1沿导轨2移动以调节两侧挡板的间距；射流装置设有注射器11、液体导管10、分流器9和纤维喷头8；液体导管10将注射器11与分流器9相连接，纤维喷头8固定在分流器9上；供给装置设有鼓风机15、气体导管14和扩流器13；扩流器13安装在机架进气口上并通过气体导管14与鼓风机15连接；收集装置设有收集基带5、收集板16、电机7和2个滚筒6；电机7输出轴与2个滚筒6中的其中1个滚筒连接，收集基带5缠绕于2个滚筒6上，收集基带5位于纤维喷头8下方，收集板16设于收集基带5下方且接地；电源12的正极施加于分流器9，通过分流器9作用于纤维喷头8，电源的负极接地。

外置的鼓风机15产生速度可调的稳定气流通过气流导管14，气流导管14的另一端与密封腔相通，将气流导入由挡板1、下板3、上板4构成的密封腔A内；纤维喷头8设于密封腔A的开口上方，垂直向下喷射聚合物溶液。受导入气流的冲击影响，并随着气流运动。随着气流由进气口到出气口，上板3与下板4间距减小，横截面积减小，气流速度加快，溶液蒸发，纤维细化。纤维与气流流向垂直方向上的鞭动受到密封腔上绝缘材料感应电荷的约束，使纤维只能在气流方向上鞭动。随气流运动的纳米纤维受楔形结构和内部电场的作用，吸附在收集基带5上。由滚筒6带动收集基带5将纤维取出得到最终规则排列的纳米纤维；

本实施例采用溶质为PMMA，溶剂为DMF/氯仿(质量比1∶1)的溶液制备微纳纤维：将26％浓度的PMMA溶液存入注射器11，设定注射器11的供液速度为1000μl/h，喷丝管口内径大小为0.41mm；通过设于下板3前端的导轨2闭合两侧挡扳1，挡板1的间距为100～300mm,形成密封腔A；开启鼓风机15，其输出气流速度为0～20m/s,使密封腔内形成稳定气流；开启电机7，滚筒6旋转，结合滚筒6的直径，设定滚筒6的转速,使收集基带5以0.1～0.5m/s稳定移动；待供液稳定后，设定电源的输出电压为10～50kV，此时纤维喷头的喷丝管口的液滴与收集基带之间产生强电场；在气流冲击、楔形结构、电场引导和感应电荷的约束共同作用下，喷丝管口的溶液在纤维喷头8和收集基带5之间形成有序、定向的微纳纤维。实际应用时，气流速度、供液速度、电场强度、挡板间距、滚筒转速都可根据需要调整，以满足不同的产量需求与技术要求。在图1中，注射器11的PMMA溶液出口经液体导管10与分流器9的入口连接，纤维喷头8固接于分流器9底部，分流器9与电源12的正极连接，电源12的负极接电。

Claims (4)

1.一种气辅式纳米纤维传输装置，其特征在于设有机架、导轨、挡板、电源、射流装置、供气装置、收集装置；

所述机架由上板和下板组成，内部形成气流传输通道；导轨固定在机架内腔底部，导轨两侧挡板置于导轨上并封闭机架，两侧挡板沿导轨移动以调节两侧挡板的间距；射流装置设有注射器、液体导管、分流器和纤维喷头；液体导管将注射器与分流器相连接，纤维喷头固定在分流器上；供给装置设有鼓风机、气体导管和扩流器；扩流器安装在机架进气口上并通过气体导管与鼓风机连接；收集装置设有收集基带、收集板、电机和2个滚筒；电机输出轴与2个滚筒中的其中1个滚筒连接，收集基带缠绕于2个滚筒上，收集基带位于纤维喷头下方，收集板设于收集基带下方且接地；电源的正极施加于分流器，通过分流器作用于纤维喷头，电源的负极接地。

2.如权利要求1所述一种气辅式纳米纤维传输装置，其特征在于所述气流传输通道为楔形渐缩结构。

3.如权利要求1所述一种气辅式纳米纤维传输装置，其特征在于所述收集基带和滚筒构成连续传送机构，包括卷到卷机构。

4.如权利要求1所述一种气辅式纳米纤维传输装置，其特征在于所述电源的电压为10～50kV。